粉尘浓度校准装置中以重量法为标准采样装置示值误差的不确定评定

李玄晔 张江宾

河北省计量监督检测研究院 河北石家庄 050000

粉尘浓度测量仪广泛应用于环境监测、职业卫生防护中，粉尘浓度测量仪的测量数据是空气环境治理的重要依据，其测量的数据是否准确，将对政府制定环境治理政策产生影响。目前国内大部分计量检定机构通过采用标准粉尘仪表对粉尘浓度测定仪进行的检定或者校准，本文通过重量法作为参考方法来对粉尘浓度测量仪进行检定或校准的不确定度评定[1]。

1 概述

（1）测量依据：JJG846-2015《粉尘浓度测量仪》。

（2）环境条件：温度（15-30）℃，相对湿度不大于85%。

（3）测量标准：粉尘浓度检定装置：均匀性不超过5%，稳定性不超过5%；电子天平：（0-6.1）g，分度值0.001mg；流量计：1.0级；秒表：分度值0.01s。

2 测量模型

粉尘浓度测量仪检定使用的粉尘：用200目过滤筛过滤后的干燥煤尘、滑石粉、单分散相聚苯乙烯粒子或其它粒径小于或等于被检测量仪切割粒径的适宜的粒子；

测试段中重量法标准采样装置采样口和受检测量仪采样口两个安装采样点的3次采样测量平均值的相对偏差应不大于5%；6次测量稳定性相对实验标准偏差应不大于5%，即为S1=5%。

数学模型是：

式中：δ—粉尘测量误差，%；

ρ1—粉尘浓度测量仪显示平均值，mg/m3；

ρ0—重量法标准采样装置采样、测量平均值，mg/m3。

3 标准不确定度评定

输出量ρ1的不确定度来源主要包括粉尘装置中粉尘浓度的稳定性、均匀性及被检仪器测量的重复性三个方面。

3.1 粉尘稳定性引入的标准不确定度

我们选择一台量程为（0-10）mg/m3，最大允许误差为±5%的参考粉尘浓度测量仪进行检定。根据规程，标准采样装置采样口和受检测量仪采样口两个安装采样点的3次采样测量平均值的相对偏差应不大于5%；6次测量稳定性相对实验标准偏差应不大于5%，即为S1=5%。每点检测中用6次显示值的平均值作为每组的显示值，且重复测量3组，按均匀分布引入不确定度分量：

3.2 粉尘均匀性引入的标准不确定度u2

3.3 仪器测量重复性引入的标准不确定度

根据规程要求，进行检定时使用的被检仪器的显示值的6次读数的平均值A作为仪器的显示值，在50%量程点，对于这台仪器，重复性检定时使用的粉尘浓度约为5mg/m3。

单次实验标准差的计算公式：

重复性的计算公式。

用该台仪器在5mg/m3浓度点连续独立读取6个显示值分别为4.88、4.92、4.95、4.98、4.99、5.02；将该组数据计算得到：

S2=0.05mg/m3

根据规程要求，仪器的显示值是在相同的试验条件下连续测量6次，则可得到：

3.4 被检仪器显示值的不确定度分量

综合3.1、3.2、3.3，由于仪器的重复性和粉尘的稳定性、均匀性彼此独立，则：

3.5 标准采样装置引入的不确定度分量

3.5.1 数学模型

滤膜采集的粉尘质量 Δ m=m2-m1

重量法标准粉尘浓度为：

3.5.2 标准不确定度评定

重量法标准粉尘质量浓度引入的不确定分量u(ρ2)分别有流量计引入的不确定分量，电子秒表引入的不确定分量，电子天平引入的不确定分量，检定装置稳定性引进的不确定分量[2-3]。

采样流量引入的不确定度分量

标准采样装置中流量计的不确定度分量，根据检定规程规定，流量计的最大允许误差为±1.0%，则：

采样时间引入的不确定度分量

采样时间t使用电子秒表计时，1h内最大允许误差0.10s，服从均匀分布，则采样时间引入的不确定度分量为：

称量滤膜引入的不确定度分量

滤膜采集的粉尘质量由电子天平称量得到，每张采样后滤膜质量一般为100mg，电子天平最大允许误差0.005mg，估计电子天平引入误差0.01mg，服从均匀分布，则电子天平引入的不确定度分量为：

粉尘测量仪检定装置稳定性对标准采样装置影响的不确定度分量

粉尘测量仪检定装置均匀性对标准采样装置影响的不确定度分量

3.5.3 合成标准不确定度

3.6 计算合成标准不确定度

4 扩展不确定度的评定

扩展不确定度U为：

5 测量不确定度的报告与表示

粉尘浓度测量仪示值误差检定结果的扩展不确定度：

6 结语

通过最终测量结果不确定评定可知，重量法作为参考方法来对粉尘浓度测量仪进行检定或校准的不确定度可满足JJG846-2015《粉尘浓度测量仪》中要求。因电子天平引入的不确定更小，重量法相比参考粉尘仪方法不确定度更小。